(57)【要約】【課題】排ガス後処理装置の作動が停止しても、排ガス規制の規定値を満たしつつ、運転が可能なディーゼルエンジンの運転制御方法及びディーゼルエンジンの運転制御装置を提供する。【解決手段】エンジン１の回転数と出力との関係において、排ガス後処理装置３０の作動領域ＷＧ及び非作動領域ＵＷが設定されている。排ガス後処理装置３０の非作動領域ＵＷは、複数個所に設定されている。エンジン１の運転が可能な作動領域ＷＥは、エンジン１の回転数と出力との関係において、回転数及び出力が共に値０を含み、かつ、排ガス後処理装置３０の非作動領域ＵＷ内に設定されている。エンジン１の作動領域ＷＥは、排ガス後処理装置３０の非作動領域ＵＷ内に含まれているため、排ガス後処理装置３０の作動が停止していても排ガス規制の規定値を満たすことができる。【選択図】  図２
2013050083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスの浄化を行う排ガス後処理装置を有するディーゼルエンジンの運転制御方法であって、
前記ディーゼルエンジンの回転数と前記ディーゼルエンジンの出力との関係において、前記回転数及び前記出力が共に値０を含む低回転及び低出力領域若しくは低出力領域を前記ディーゼルエンジンの運転が可能な作動領域として設定し、
前記排ガス後処理装置の作動が停止したとき、前記回転数及び前記出力の少なくとも一方を制限して前記回転数及び前記出力を前記作動領域内とし、前記ディーゼルエンジンの運転、停止、再起動の何れかを実施可能とすることを特徴とするディーゼルエンジンの運転制御方法。
【請求項２】
前記作動領域は、前記回転数と前記出力との関係において、前記排ガス後処理装置が作動しない領域として設定された複数の非作動領域のうちの一つに含まれていることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの運転制御方法。
【請求項３】
前記排ガス後処理装置の作動が停止したときに、前記排ガス後処理装置よりも上流側の排ガス排気系統から排ガスを分岐し、前記排ガス後処理装置をバイパスして排ガスを下流側へ送給することを特徴とする請求項１又は２に記載のディーゼルエンジンの運転制御方法。
【請求項４】
前記ディーゼルエンジンは、前記排ガス後処理装置よりも下流側の排ガス排気系統に排ガスセンサを備えており、
前記排ガスセンサの検出結果に基づいて、前記回転数及び前記出力の少なくとも一方を制限することを特徴とする請求項１〜３のうち何れか一項に記載のディーゼルエンジンの運転制御方法。
【請求項５】
排ガスの浄化を行う排ガス後処理装置を有するディーゼルエンジンの運転制御装置であって、
前記ディーゼルエンジンの作動を制御するエンジン制御部と、前記排ガス後処理装置の作動を制御する排ガス後処理制御部と、を備え、
前記エンジン制御部は、前記排ガス後処理制御部からの前記排ガス後処理装置の停止信号を受信したとき、前記回転数及び前記出力が共に値０を含む低回転及び低出力領域若しくは低出力領域になるように、前記回転数及び前記出力の少なくとも一方を制限する制限部を有することを特徴とするディーゼルエンジンの運転制御装置。
【請求項６】
前記低回転及び低出力領域若しくは前記低出力領域は、前記回転数と前記出力との関係において、前記排ガス後処理装置が作動しない領域として設定された複数の非作動領域のうちの一つに含まれていることを特徴とする請求項５に記載のディーゼルエンジンの運転制御装置。
【請求項７】
前記排ガス後処理装置よりも上流側の排ガス排気系統から分岐され、前記排ガス後処理装置をバイパスして排ガスを下流側へ送給するバイパス流路を更に備えることを特徴とする請求項５又は６に記載のディーゼルエンジンの運転制御装置。
【請求項８】
前記排ガス後処理装置よりも下流側の排ガス排気系統に設けられた排ガスセンサを更に備えており、
前記制限部は、前記排ガスセンサの検出結果に基づいて、前記回転数及び前記出力の少なくとも一方を制限することを特徴とする請求項５〜７のうち何れか一項に記載のディーゼルエンジンの運転制御装置。
【請求項９】
燃料を供給する機械式ポンプと、前記機械式ポンプの燃料噴射量を調整可能なラックを制御するラック制御装置と、を更に備えることを特徴とする請求項５〜８のうち何れか一項に記載のディーゼルエンジンの運転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガスを処理する排ガス後処理装置を備えたディーゼルエンジンの運転制御方法及びディーゼルエンジンの運転制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンよりも燃費に優れていることから、船舶、自動車等に広く用いられている。しかし、排ガス中に含まれている未燃焼燃料などのＰＭ（Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ：粒子状物質）や、窒素酸化物として知られているＮＯＸ（ＮＯ、ＮＯ２等）などが問題になっている。そこで、排気流路に排ガス後処理装置を設けて、排ガスからこれらを除去する方法が、例えば、特許文献１に開示されている。
ところで、排ガス後処理装置が故障したり、性能が劣化したりすると、排ガス後処理装置を通って大気中に放出される排ガスが、排ガス規制の規定値を満たさなくなるおそれがある。このため、排ガス後処理装置が故障等すると排ガス後処理装置を非作動とするとともに、ディーゼルエンジンも停止させるような安全装置を設けることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１４４５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、排ガス後処理装置が故障等したときに安全装置が作動してディーゼルエンジンが停止すると、ディーゼルエンジンが船舶の主機関に用いられている場合においては、船舶の姿勢を制御できなくなって転覆したり、漂流したりするおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、このような問題を解決するものであって、排ガス後処理装置の作動が停止しても排ガス規制の規定値を満たしつつ、運転が可能なディーゼルエンジンの運転制御方法及びディーゼルエンジンの運転制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決する本発明に係るディーゼルエンジンの運転制御方法は、排ガスの浄化を行う排ガス後処理装置を有するディーゼルエンジンの運転制御方法であって、
前記ディーゼルエンジンの回転数と前記ディーゼルエンジンの出力との関係において、前記回転数及び前記出力が共に値０を含む低回転及び低出力領域若しくは低出力領域を前記ディーゼルエンジンの運転が可能な作動領域として設定し、
前記排ガス後処理装置の作動が停止したとき、前記回転数及び前記出力の少なくとも一方を制限して前記回転数及び前記出力を前記作動領域内とし、前記ディーゼルエンジンの運転、停止、再起動の何れかを実施可能とすることを特徴とする。
【０００７】
上記ディーゼルエンジンの運転制御方法によれば、ディーゼルエンジンの回転数及び出力が共に値０を含む低回転及び低出力領域若しくは低出力領域を運転が可能な作動領域として設定し、回転数及び出力が当該作動領域内となるように回転数及び出力を制限するため、排ガス後処理装置の作動が停止してもディーゼルエンジンを運転することができる。この作動領域内でディーゼルエンジンを作動させた際の排ガス値は、排ガス規制の規定値を満たすように予めディーゼルエンジンの性能をマッチングしておくので、規定値以上に粒子物質やＮＯｘが大気中に放出されることはない。また、作動領域は、回転数及び出力が共に値０を含んでいるため、ディーゼルエンジンを停止、及び再起動することができる。
【０００８】
また、前記作動領域は、前記回転数と前記出力との関係において、前記排ガス後処理装置が作動しない領域として設定された複数の非作動領域のうちの一つに含まれていてもよい。
【０００９】
排ガス後処理装置には、回転数と出力との関係において、排ガス後処理装置が作動しない非作動領域が設定されている。この非作動領域は、例えば、回転数及び出力が共に低い領域、回転数及び出力が共に高い領域、回転数が高くて出力が低い領域等に複数、設けられている。これらの非作動領域では、排ガス後処理装置が作動しなくても排ガス値は排ガス規制の規定値を満たすようにディーゼルエンジンの性能がマッチングされている。そして、本発明に係るディーゼルエンジンの運転が可能な作動領域は、排ガス後処理装置の非作動領域内に含まれているため、排ガス後処理装置の作動が停止していても排ガス規制の規定値を満たすことができる。さらに、排ガス後処理装置の非作動領域内に、ディーゼルエンジンの作動領域を設けることで、排ガス規制の規定値を満たすように新たにディーゼルエンジンの性能をマッチングする必要がない。
【００１０】
また、前記排ガス後処理装置の作動が停止したときに、前記排ガス後処理装置よりも上流側の排ガス排気系統から排ガスを分岐し、前記排ガス後処理装置をバイパスして排ガスを下流側へ送給してもよい。
【００１１】
このように、排ガス後処理装置をバイパスさせて排ガスを排出するため、排ガスが排ガス後処理装置内を通過しない。このため、エンジンの運転中でも排ガス後処理装置を補修することが可能となる。
【００１２】
また、前記ディーゼルエンジンは、前記排ガス後処理装置よりも下流側の排ガス排気系統に排ガスセンサを備えており、
前記排ガスセンサの検出結果に基づいて、前記回転数及び前記出力の少なくとも一方を制限することとしてもよい。
【００１３】
このように、排ガス後処理装置の下流側に排ガスセンサを備えているため、排ガス後処理装置の異常を検出することができる。排ガスセンサによる検出結果が、予め設定された所定範囲内に含まれている場合、排ガス後処理装置は正常に作動していると判断する。つまり、排ガスセンサによる検出結果が、所定範囲を超えている場合や所定範囲よりも小さい場合、排ガス後処理装置の機能が低下していると判断する。例えば、排ガス後処理装置の機能が低下した場合、粒子物質やＮＯｘが正常なときよりもやや多く検出される。また、排ガス後処理装置から排ガスが漏れていると、粒子物質やＮＯｘがほとんど検出されなくなる。
ところで、排ガス後処理装置の機能が低下している場合には、排ガス後処理装置本体で機能の低下を検出することができるのが一般的である。しかし、何らかの理由によって排ガス後処理装置本体で機能の低下を検知できない場合のバックアップとして排ガスセンサを用いることにより、粒子物質やＮＯｘを含む排ガスの放出を確実に防止することができる。
【００１４】
また、本発明は、排ガスの浄化を行う排ガス後処理装置を有するディーゼルエンジンの運転制御装置であって、
前記ディーゼルエンジンの作動を制御するエンジン制御部と、前記排ガス後処理装置の作動を制御する排ガス後処理制御部と、を備え、
前記エンジン制御部は、前記排ガス後処理制御部からの前記排ガス後処理装置の停止信号を受信したとき、前記回転数及び前記出力が共に値０を含む低回転及び低出力領域若しくは低出力領域になるように、前記回転数及び前記出力の少なくとも一方を制限する制限部を有することを特徴とする。
【００１５】
上記ディーゼルエンジンの運転制御装置によれば、制限部は、排ガス後処理装置の作動が停止したときに、ディーゼルエンジンの回転数及び出力が共に値０を含む低回転及び低出力領域若しくは低出力領域になるように回転数及び出力の少なくとも一方を制限するため、排ガス後処理装置の作動が停止してもディーゼルエンジンを運転することができる。この作動領域内でディーゼルエンジンを作動させた際の排ガス値は、排ガス規制の規定値を満たすように予めディーゼルエンジンの性能をマッチングしておくので、規定値以上に粒子物質やＮＯｘが大気中に放出されることはない。また、低回転及び低出力領域若しくは低出力領域は、回転数及び出力が共に値０を含んでいるため、ディーゼルエンジンを停止、再起動することもできる。
【００１６】
また、前記低回転及び低出力領域若しくは前記低出力領域は、前記回転数と前記出力との関係において、前記排ガス後処理装置が作動しない領域として設定された複数の非作動領域のうちの一つに含まれていてもよい。
【００１７】
排ガス後処理装置には、回転数と出力との関係において、排ガス後処理装置が作動しない非作動領域が設定されている。この非作動領域は、例えば、回転数及び出力が共に低い領域、回転数及び出力が共に高い領域、回転数が高くて出力が低い領域等に複数、設けられている。これらの非作動領域では、排ガス後処理装置が作動しなくても排ガス値は排ガス規制の規定値を満たすようにディーゼルエンジンの性能がマッチングされている。そして、本発明に係るディーゼルエンジンの運転が可能な低回転及び低出力領域若しくは低出力領域は、排ガス後処理装置が作動しない非作動領域内に含まれているため、排ガス後処理装置の作動が停止していても排ガス規制の規定値を満たすことができる。さらに、排ガス後処理装置の非作動領域内に、ディーゼルエンジンの運転が可能な低回転及び低出力領域若しくは低出力領域を設けることで、排ガス規制の規定値を満たすように新たにディーゼルエンジンの性能をマッチングする必要がない。
【００１８】
また、前記排ガス後処理装置よりも上流側の排ガス排気系統から分岐され、前記排ガス後処理装置をバイパスして排ガスを下流側へ送給するバイパス流路を更に備えていてもよい。
【００１９】
このように、排ガス後処理装置をバイパスさせて排ガスを排出するため、排ガスが排ガス後処理装置内を通過しない。このため、エンジンの運転中でも排ガス後処理装置を補修することが可能となる。
【００２０】
また、前記排ガス後処理装置よりも下流側の排ガス排気系統に設けられた排ガスセンサを更に備えており、
前記制限部は、前記排ガスセンサの検出結果に基づいて、前記回転数及び前記出力の少なくとも一方を制限してもよい。
【００２１】
このように、排ガス後処理装置の下流側に排ガスセンサを備えているため、排ガス後処理装置の異常を検出することができる。排ガスセンサによる検出結果が、予め設定された所定範囲内に含まれている場合、排ガス後処理装置は正常に作動していると判断する。つまり、排ガスセンサによる検出結果が、所定範囲を超えている場合や所定範囲よりも小さい場合、排ガス後処理装置の機能が低下していると判断する。例えば、排ガス後処理装置の機能が低下した場合、粒子物質やＮＯｘが正常なときよりもやや多く検出される。また、排ガス後処理装置から排ガスが漏れていると、粒子物質やＮＯｘがほとんど検出されなくなる。
ところで、排ガス後処理装置の機能が低下している場合には、排ガス後処理装置本体で機能の低下を検出することができるのが一般的である。しかし、何らかの理由によって排ガス後処理装置本体で機能の低下を検知できない場合のバックアップとして排ガスセンサを用いることにより、粒子物質やＮＯｘを含む排ガスの放出を確実に防止することができる。
【００２２】
また、燃料を供給する機械式ポンプと、前記機械式ポンプの燃料噴射量を調整可能なラックを制御するラック制御装置と、を更に備えることとしてもよい。
【００２３】
このように、ラック制御装置を備えているため、機械式ポンプの燃料供給量を制御することができる。これにより、ディーゼルエンジンの出力を制限することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、排ガス後処理装置の作動が停止しても、排ガス規制の規定値を満たしつつ、運転が可能なディーゼルエンジンの運転制御方法及びディーゼルエンジンの運転制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第一実施形態に係るディーゼルエンジンの概略構成図である。
【図２】排ガス後処理装置の不作動領域及びエンジンの作動領域を示す図である。
【図３】本実施形態に係るエンジンの概略系統図である。
【図４】制御装置の制御フローを示す図である。
【図５】本発明の第二実施形態に係るエンジンの系統図である。
【図６】本発明の第三実施形態に係る排ガス後処理装置の不作動領域及びエンジンの作動領域を示す図である。
【図７】本実施形態に係るエンジンの概略図である。
【図８】排ガス後処理装置が作動しているときのラックの移動範囲を示す概念図である。
【図９】排ガス後処理装置の作動が停止しているときのラックの移動範囲を示す概念図である。
【図１０】制御装置の制御フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係るディーゼルエンジンの運転制御装置及びその運転制御方法について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２７】
図１は、本発明の第一実施形態に係るディーゼルエンジンの概略構成図である。
図１に示すように、ディーゼルエンジン（以下、エンジン１という）は、排気タービン２とこれに同軸駆動されるコンプレッサ４を有する排気ターボ過給機６を備えており、該排気ターボ過給機６のコンプレッサ４から吐出された空気は空気管８を通って空気冷却器１０に入る。この空気冷却器１０で冷却された空気は、吸気スロットルバルブ１２で吸気流量が制御された後、吸気マニホールドを通り、シリンダ毎に設けられた吸気ポートからエンジン１の燃焼室内に吸入される。
【００２８】
エンジン１は、燃料の噴射時期及び噴射量が制御装置５０によって電子制御されており、かかる噴射時期及び噴射量にてシリンダ毎に設けられた燃料噴射弁１６から燃焼室内に噴射される。また、燃料ポンプ１８で加圧された高圧燃料がコモンレール２０内に貯溜され、該コモンレール２０から燃料が噴射時期及び噴射量を制御されて燃料噴射弁１６に供給されるようになっている。これら燃料噴射弁１６、燃料ポンプ１８、コモンレール２０によって燃料噴射量を電子的に制御する燃料噴射装置が構成されている。
【００２９】
また、排気通路２２の途中から、ＥＧＲ（排ガス再循環）管２４が分岐されて、排ガスの一部（ＥＧＲガス）がＥＧＲ管２４を通り、ＥＧＲクーラ２６で降温され、吸気スロットルバルブ１２の下流部位の吸気マニホールドにＥＧＲバルブ２８を介して投入されるようになっている。ただし、ＥＧＲ管２４を通り、ＥＧＲクーラ２６で降温され、吸気スロットルバルブ１２までの構成は、本発明には必ずしも必須の装置ではない。
【００３０】
エンジン１の燃焼室で燃焼された燃焼ガス、即ち排ガスは排気通路２２を通って、排気ターボ過給機６の排気タービン２を駆動してコンプレッサ４の動力源となった後、排気通路３６を通って排ガス後処理装置３０に入る。
排ガス後処理装置３０は、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）３２と、その下流側のＳＣＲ（選択触媒還元）触媒３４と、によって構成されている。排ガス後処理装置３０に入った排ガスは、まず、ＤＰＦ３２に入る。ＤＰＦ３２では、排ガス中に含まれるＰＭが捕捉される。ＤＰＦ３２を通過した排ガスは、尿素水が吹き付けられてＳＣＲ触媒３４に入る。ＳＣＲ触媒３４では、排ガス中に含まれるＮＯｘが低減される。そして、ＮＯｘの低減された排ガスは、排気通路３８を通って大気中へ放出される。
【００３１】
なお、本実施形態では、排ガス後処理装置３０として、ＤＰＦ３２とＳＣＲ触媒３４とを組み合わせて用いた場合について説明したが、この組み合わせに限定されるものではなく、別途、ＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）を用いてもよく、ＤＯＣとＳＣＲ触媒３４とＤＰＦ３２とを適宜組み合わせて使用することができる。
【００３２】
排気通路３６及び排気通路３８には、それぞれ排ガスの流れる方向を切換える三方弁４０、４２が取り付けられている。また、両端がそれぞれ各三方弁４０、４２に接続されたバイパス通路４４が設けられている。両三方弁４０、４２は、排ガス後処理装置３０の作動が停止したときに、排ガス後処理装置３０をバイパスして排ガスを下流側へ流すように切り換えられる。具体的には、排ガス後処理装置３０の作動が停止すると、三方弁４０を切り換えて排気通路３６を流れる排ガスをバイパス通路４４へ流すとともに、三方弁４２も切り換えてバイパス通路４４を流れる排ガスを排気通路３８へ流す。これにより、ＤＰＦ３２が目詰まりしても、ＤＰＦ３２内の圧力が上昇して損傷することを防止できる。
【００３３】
図２は、排ガス後処理装置３０の不作動領域及びエンジン１の作動領域を示す図である。
図２に示すように、エンジン１の回転数と出力との関係において、排ガス後処理装置３０の作動領域ＷＧ及び非作動領域ＵＷが設定されている。排ガス後処理装置３０の非作動領域ＵＷは、複数個所に設定されている。非作動領域ＵＷは、例えば、回転数及び出力が共に低い領域、回転数が高くて出力が低い領域等に設けられている。これらの非作動領域ＵＷでは、排ガス後処理装置３０が作動しなくても排ガス値は排ガス規制の規定値を満たすようにエンジン１の性能がマッチングされている。
【００３４】
排ガス後処理装置３０の作動が停止した状態でエンジン１の運転が可能な作動領域ＷＥ（図２中のハッチング部分）は、エンジン１の回転数と出力との関係において、回転数及び出力が共に値０を含む低回転及び低出力領域に設定されている。また、エンジン１の作動領域ＷＥは、排ガス後処理装置３０の非作動領域ＵＷ内に設定されている。エンジン１の作動領域ＷＥは、排ガス後処理装置３０の非作動領域ＵＷ内に含まれているため、排ガス後処理装置３０の作動が停止していても排ガス規制の規定値を満たすことができる。
排ガス後処理装置３０の作動が停止するとき、エンジン１の回転数及び出力が作動領域ＷＥ内となるように、制御装置５０がエンジン１の回転数及び出力を制御する。これにより、排ガス後処理装置３０の作動が停止してもエンジン１を停止させることなく運転可能である。また、エンジン１の作動領域ＷＥは、回転数及び出力が共に値０を含んでいるため、エンジン１を停止、及び再起動させることも可能である。
【００３５】
図３は、本実施形態に係るエンジン１の概略系統図である。
図３に示すように、エンジン１の制御装置５０は、排ガス後処理制御部１３と、エンジン制御部１４とを備えている。排ガス後処理制御部１３には、尿素水の濃度信号、ＤＰＦ３２の圧力信号等が入力されている。また、エンジン制御部１４には、エンジン１の出力信号及び回転数信号が入力されている。エンジン制御部１４は、エンジン１の出力及び回転数を制限する制限部１５を有している。
ところで、排ガス後処理装置３０が断線等によって故障すると、ＤＰＦ３２やＳＣＲ触媒３４は正常でも、尿素水の濃度信号やＤＰＦ３２の圧力信号等が出力されなくなる。排ガス後処理制御部１３は、尿素水の濃度信号やＤＰＦ３２の圧力信号等が入力されなくなることで、排ガス後処理装置３０の故障を検知する。
一方、排ガス後処理装置３０本体は正常であるが、ＤＰＦ３２やＳＣＲ触媒３４に不具合が生じると、排ガス後処理装置３０は、機能不全信号を排ガス後処理制御部１３へ出力する。機能不全信号は、例えば、ＤＰＦ３２の目詰まりによる圧力の異常を検知した場合、尿素水の濃度の低下や尿素水の品質の劣化を検知した場合等に出力される。つまり、機能不全信号は、排ガス後処理装置３０本体は正常であるが、排ガス後処理装置３０に含まれる各機器に異常が発生した場合に出力される。排ガス後処理制御部１３は、排ガス後処理装置３０からの機能不全信号によって、排ガス後処理装置３０の一部に機能不全が生じたことを検知する。
【００３６】
排ガス後処理装置３０の故障又は機能不全を検知した排ガス後処理制御部１３は、排ガス後処理装置３０を停止するための停止信号を出力するとともに、排ガス後処理装置３０の作動が停止する旨の信号Ａをエンジン制御部１４へ出力する。
排ガス後処理装置３０の作動が停止する旨の信号Ａはエンジン制御部１４に入力される。そして、この信号Ａに基づいて制限部１５が、エンジン１の回転数を制限する回転数制限信号と、エンジン１の出力を制限すべく燃料の最大噴射量を制限する最大噴射量制限信号をエンジン１へ出力する。これらの信号が入力されたエンジン１は、エンジン１の回転数及び燃料の最大噴射量を電子的に制御して、エンジン１の回転数及び出力を直ちに作動領域ＷＥ内とする。
また、排ガス後処理制御部１３は、排ガスが排ガス後処理装置３０を通過しないように、三方弁４０、４２を切り換える切換信号を出力する。これにより、排ガスは、バイパス通路４４及び排気通路３８を流れて放出される。
【００３７】
次に、制御装置５０の制御フローについて説明する。
図４は、制御装置５０の制御フローを示す図である。図４に示すように、まず、排ガス後処理装置３０が故障しているか否かを判定する（ステップＳ１０）。当該判定は、排ガス後処理制御部１３にて行う。排ガス後処理制御部１３に尿素水の濃度信号やＤＰＦ３２の圧力信号等が入力されている場合、排ガス後処理装置３０は故障していないと判定してステップＳ１２を実施する。
【００３８】
ステップＳ１２では、排ガス後処理装置３０が機能不全状態か否かを判定する。当該判定は、排ガス後処理制御部１３にて行う。排ガス後処理制御部１３に機能不全信号が入力されていない場合、排ガス後処理装置３０は機能不全状態ではないと判定してステップＳ１４を実施する。
【００３９】
ステップＳ１４では、バイパス通路４４に排ガスが流れないように、三方弁４０、４２をＯＦＦ（即ちバイパス通路４４側の弁を閉じた）状態にする。上述したステップＳ１０、Ｓ１２より、排ガス後処理装置３０は正常に作動しているため、排ガスをバイパスする必要が無いからである。
【００４０】
一方、ステップＳ１０で、排ガス後処理制御部１３に尿素水の濃度信号やＤＰＦ３２の圧力信号等が入力されない場合、排ガス後処理装置３０は故障していると判定し、排ガス後処理装置３０を停止する停止信号を出力するとともに、ステップＳ１６を実施する。
また、ステップＳ１２で、排ガス後処理制御部１３に機能不全信号が入力された場合、排ガス後処理装置３０は機能不全状態であると判定し、排ガス後処理装置３０を停止する停止信号を出力するとともに、ステップＳ１６を実施する。
【００４１】
ステップＳ１６では、制限部１５がエンジン１の回転数を制限する。これにより、エンジン１の回転数は作動領域ＷＥ内に制限される。
【００４２】
続いて、制御部１５が燃料の噴射量を制限するとともに、燃料の最大噴射量を排ガス後処理装置１３が正常に作動していたときよりも低く設定する（ステップＳ１８）。これにより、エンジン１の出力は作動領域ＷＥ内に制限される。回転数及び出力をエンジン１の作動領域ＷＥ内に制限することで、排ガス後処理装置３０の作動が停止した状態でも、エンジン１を運転することができる。この状態で排出される排ガス値は、排ガス規定を満たしている。
【００４３】
次に、バイパス通路４４に排ガスが流れるように、三方弁４０、４２をＯＮ（即ちバイパス通路４４側の弁を開いた）状態にする（ステップＳ２０）。これにより、排ガス後処理装置３０をバイパスさせて排ガスを放出することができる。
【００４４】
上述したように、本実施形態に係るエンジン１の運転制御方法によれば、エンジン１の回転数及び出力が共に値０を含む領域を作動領域ＷＥとして設定し、回転数及び出力が当該作動領域ＷＥ内となるように回転数及び出力を制限するため、排ガス後処理装置３０の作動が停止してもエンジン１を運転することができる。この作動領域ＷＥ内でエンジン１を作動させた際の排ガス値は、排ガス規制の規定値を満たすように予めエンジン１の性能をマッチングしておくので、粒子物質やＮＯｘが規定値以上に大気中に放出されることはない。また、作動領域ＷＥは、回転数及び出力が共に値０を含んでいるため、エンジン１を停止、及び再起動することができる。
【００４５】
そして、排ガス後処理装置３０には、回転数と出力との関係において、排ガス後処理装置３０が作動しない非作動領域ＵＷが設定されている。この非作動領域ＵＷは、例えば、回転数及び出力が共に低い領域、回転数が高くて出力が低い領域等に複数、設けられている。これらの非作動領域ＵＷでは、排ガス後処理装置３０が作動しなくても排ガス値は排ガス規制の規定値を満たすようにエンジン１の性能がマッチングされている。そして、本発明に係るエンジン１の作動領域ＷＥは、排ガス後処理装置３０の非作動領域ＵＷ内に含まれているため、排ガス後処理装置３０の作動が停止していても排ガス規制の規定値を満たすことができる。また、排ガス後処理装置３０の非作動領域ＵＷ内にエンジン１の作動領域ＷＥを設けることで、排ガス規制の規定値を満たすように新たにエンジン１の性能をマッチングする必要がない。
【００４６】
また、排ガス後処理装置３０をバイパスさせて排ガスを排出するため、排ガスが排ガス後処理装置３０内を通過しない。このため、エンジン１の運転中でも排ガス後処理装置３０を補修することが可能となる。
【００４７】
次に、本発明の第二実施形態について説明する。以下の説明において、上記の実施形態に対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。第二実施形態のエンジン１は、三方弁４２の下流側に排ガスセンサを備えたものである。
【００４８】
図５は、本発明の第二実施形態に係るエンジン１の系統図である。
図５に示すように、三方弁４２の下流側に排ガスセンサ６０を備えている。本実施形態では、排ガスセンサ６０として、ＮＯｘの濃度を計測可能なＮＯｘセンサを用いた。なお、排ガスセンサ６０は、ＮＯｘセンサに限定されるものではなく、ＣＯ、ＣＯ２、Ｏ２、ＴＨＣ（全炭化水素）の濃度を計測するセンサを用いてもよいし、排ガスの温度を計測する温度センサを用いてもよい。要は、所望の測定対象物に応じたセンサを用いることができる。
【００４９】
排ガスセンサ６０は、ＮＯｘの濃度を計測し、その濃度が予め設定された所定範囲よりも大きい場合又は小さい場合に、異常信号をエンジン制御部１４へ出力する。
例えば、排ガス後処理装置３０の機能が低下した場合は、粒子物質やＮＯｘの濃度が高くなる。また、排ガス後処理装置３０から排ガスが漏れていると、粒子物質やＮＯｘがほとんど検出されない。したがって、排ガスセンサ６０による検出結果が、上記所定範囲内に含まれている場合、排ガス後処理装置３０は正常に作動していると判断することができる。一方、排ガスセンサ６０による検出結果が、上記所定範囲よりも大きい場合又は小さい場合、排ガス後処理装置３０の機能が低下していると判断することができる。このような機能の低下は、一般的に排ガス後処理装置３０本体で検知可能である。しかしながら、排ガス後処理装置３０本体が機能の低下を検知できない場合（即ち排ガス後処理制御部１３に、尿素水の濃度信号やＤＰＦ３２の圧力信号等が入力され、且つ機能不全信号が入力されない場合）のバックアップとして排ガスセンサ６０を用いる。すなわち、エンジン制御部１４自身が独立して排ガス後処理装置３０の故障を検出できる。
【００５０】
排ガス後処理制御部１３には、第一実施形態と同様に、通常時、尿素水の濃度信号やＤＰＦ３２の圧力信号等が入力されている。また、排ガス後処理装置３０が機能不全となった場合、機能不全信号が入力される。
【００５１】
排ガス後処理制御部１３に、尿素水の濃度信号やＤＰＦ３２の圧力信号等が入力され、且つ機能不全信号が入力されない場合であっても、排ガスセンサ６０からの異常信号がエンジン制御部１４に入力されたら、エンジン制御部１４の制限部１５が、エンジン１の回転数を制限する回転数制限信号と、エンジン１の出力を制限すべく燃料の最大噴射量を制限する最大噴射量制限信号をエンジン１へ出力して、エンジン１の回転数及び出力を直ちにエンジン１の作動領域ＷＥ内にする。
【００５２】
上述したように、本実施形態に係るエンジン１の運転制御方法によれば、排ガス後処理装置３０の下流側に排ガスセンサ６０を備えているため、排ガス後処理装置３０本体が機能の低下を検知できていない場合でも、排ガス後処理装置３０の機能の低下をエンジン制御部１４が検知することができる。このように、排ガスセンサ６０をバックアップとして用いることで、粒子物質やＮＯｘを含む排ガスの放出を確実に防止することができる。
【００５３】
なお、上述した第一及び第二実施形態においては、排ガス後処理制御部１３とエンジン制御部１４とを備えた制御装置５０を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、排ガス後処理制御部１３を排ガス後処理装置３０内に設け、エンジン制御部１４をエンジン１内に設けてもよい。各制御部１３、１４を分割して設けることは、既設のエンジンに排ガス後処理装置３０を新設する場合等に有効である。既設のエンジンを改良する際に、エンジン制御部１４を既設のエンジンの制御部に組み込むとともに、排ガス後処理制御部１３を備えた排ガス後処理装置３０を新設することにより、本発明に係る運転を実行することが可能となる。
【００５４】
また、第一及び第二実施形態においては、ＤＰＦ３２を備えているため、ＤＰＦ３２に目詰まりの機能不全が生じた場合を考慮して、排ガスのすべてをバイパスさせる場合について説明したが、必ずしもバイパスさせる必要はなく、機能不全の内容によっては、排ガスの一部を排ガス後処理装置３０に流して、残りをバイパスさせることとしてもよい。
また、第一及び第二実施形態においては、排ガスをバイパスさせる場合について説明したが、例えば、排ガス後処理装置３０がＳＣＲのみから構成されているときは、尿素水の噴射を停止することにより、排ガス後処理装置３０を非作動状態にすることができるため、バイパスさせなくてもよい。
【００５５】
次に、本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態は、機械式燃料噴射装置を備えたエンジンを用いたものである。
【００５６】
図６は、本発明の第三実施形態に係る排ガス後処理装置の不作動領域ＵＷ及びエンジンの作動領域ＷＥを示す図である。
図６に示すように、エンジン１の運転が可能な作動領域ＷＥ（図６中のハッチング部分）は、エンジン１の回転数と出力との関係において、回転数及び出力が共に値０を含む低出力領域に設定されている。また、エンジン１の作動領域ＷＥは、排ガス後処理装置３０の非作動領域ＵＷ内に設定されている。本実施形態では、排ガス後処理装置３０の作動が停止したとき、燃料噴射装置７１のラック量を制限することで、エンジン１の出力を作動領域内にする。
【００５７】
図７は、本実施形態に係る燃料噴射装置７１の概略図である。
図７に示すように、本実施形態では、列型噴射ポンプ７０を有する燃料噴射装置７１を用いた。燃料噴射装置７１は、列型噴射ポンプ７０の燃料噴射量を調整するラック７３と、ラック７３を移動させるためのレバー７２と、レバー７２を介してラック７３の移動範囲を制御するラック制御装置７４と、を備えている。
【００５８】
ラック７３は、図中の左右方向に移動自在に列型噴射ポンプ７０内に設けられている。また、ラック７３の右端は、図示しないが、列型噴射ポンプ７０内でレバー７２に接続されている。ラック７３は、通常、ガバナ７６により制御されているが、レバー７２を操作することにより、移動させることもできる。本実施例では、レバー７２を図中の矢印と反対方向へ移動させるとラック７３が移動して、燃料噴射量は増加する。一方、レバー７２を矢印方向へ移動させると燃料噴射量は減少し、最右方へ移動すると燃料噴射量はゼロとなって燃料噴射装置７１は燃料噴射を停止し、これに伴いエンジン１も停止する。
【００５９】
ラック制御装置７４は、第１ソレノイド７８及び第２ソレノイド８０と、両ソレノイド７８、８０の動作をレバー７２に伝達するリンク部８２と、から構成されている。
各ソレノイド７８、８０は、それぞれソレノイド７８、８０本体から外方へ移動自在なプランジャ７８ａ、８０ａを有している。各プランジャ７８ａ、８０ａの先端部には、それぞれ長孔７８ｂ、８０ｂが形成されている。各長孔７８ｂ、８０ｂ内には、それぞれ当該長孔７８ｂ、８０ｂ内を摺動自在なピン７８ｃ、８０ｃが挿入されている。
【００６０】
リンク部８２は、一端がレバー７２に回動自在に接続された第１アーム８４と、第１アーム８４の他端に回動自在に連結された第２アーム８６と、第２アーム８６を支持する支持軸８８と、支持軸８８に接続された第３アーム９０とから構成されている。
支持軸８８は、回動自在に設けられているため、第２アーム８６及び第３アーム９０は、支持軸８８を中心に回動することができる。
第２アーム８６の中央部にはピン７８ｃが接続されている。また、第３アーム９０の端部にはピン８０ｃが接続されている。
【００６１】
第１ソレノイド７８を作動させてプランジャ７８ａを図中の左右方向へ移動させると、プランジャ７８ａの移動に応じて第２アーム８６が支持軸８８を中心に回動するとともに、リンク機構で接続された第１アーム８４も図中の左右方向へ移動するため、レバー７２を操作することができる。
また、第２ソレノイド８０を作動させてプランジャ８０ａを図中の上下方向へ移動させると、プランジャ８０ａの移動に応じて第３アーム９０も上下方向へ移動する。この第３アーム９０の移動に応じて第２アーム８６が支持軸８８を中心に回動するとともに、リンク機構で接続された第１アーム８４も図中の左右方向へ移動するため、レバー７２を操作することができる。
したがって、第１ソレノイド７８及び第２ソレノイド８０を作動させてプランジャ７８ａ、８０ａを移動させることにより、レバー７２を介してラック７３を移動させることができる。即ち、燃料噴射量の制御が可能となる。
【００６２】
図８は、排ガス後処理装置３０が作動しているときのラック７３の移動範囲を示す概念図である。また、図９は、排ガス後処理装置３０の作動が停止しているときのラック７３の移動範囲を示す概念図である。
図８に示すように、排ガス後処理装置３０が作動しているときは、各ソレノイド７８、８０は作動しない。このときのラック７３は、通常の移動範囲（列型噴射ポンプ７０の設計範囲）Ｌｏｆｆで摺動自在である。つまり、ラック７３の移動は制限されていない。
一方、図９に示すように、排ガス後処理装置３０の作動が停止したときは、各ソレノイド７８、８０の各プランジャ７８ａ、８０ａのうち少なくとも一方を突出させて、レバー７２を図７中の矢印方向に移動させることにより、ラック７３の移動範囲Ｌｏｎ（＜Ｌｏｆｆ）を制限する。つまり、ラック７３の燃料噴射量増加方向（図９中の右方向）への移動を規制して燃料噴射量が予め設定された最大噴射量となるラック７３の停止位置を規定する。したがって、燃料の噴射量が、ゼロから当該最大噴射量までとなるようにラック７３の移動範囲Ｌｏｎが制限される。
排ガス後処理装置３０の作動が停止したときの燃料の最大噴射量は予め設計等によって決定される。
【００６３】
次に、制御装置５０の制御フローについて説明する。
図１０は、制御装置５０の制御フローを示す図である。図１０に示すように、第一実施形態と同様に、排ガス後処理装置３０が故障しているか否かを判定するステップＳ１０からバイパス通路４４に排ガスが流れないように三方弁４０、４２をＯＦＦ状態にするステップＳ１４までを実施する。
【００６４】
ステップＳ１０及びステップＳ１２で、それぞれ排ガス後処理装置３０が故障していると判定されたとき、排ガス後処理装置３０が機能不全状態であると判定されたときは、排ガス後処理装置３０を停止するとともに、ステップＳ３０を実施する。
【００６５】
ステップＳ３０では、制限部１５が、第１ソレノイド７８及び第２ソレノイド８０を作動させて、ラック７３の移動範囲を制限することで、エンジン７１の出力を制限する。これにより、エンジン７１の出力及び回転数がエンジン７１の作動領域ＷＥ内となり、排ガス後処理装置３０の作動が停止した状態でも、エンジン７１を運転することができる。この状態で排出される排ガス値は、排ガス規定を満たしている。
【００６６】
次に、第一実施形態と同様に、バイパス通路４４に排ガスが流れるように、三方弁４０、４２をＯＮ状態にする（ステップＳ２０）。これにより、排ガス後処理装置３０をバイパスさせて排ガスを放出することができる。
【００６７】
上述したように、本実施形態に係るエンジン１の運転制御方法によれば、エンジン１の回転数と出力との関係において、回転数及び出力が共に値０を含む領域をエンジン１の作動領域ＷＥとして設定し、回転数及び出力が当該作動領域ＷＥ内となるように出力を制限するため、排ガス後処理装置３０の作動が停止してもエンジン１を運転することができる。また、ラック制御装置７４は後付けが可能なので、既設のエンジン１にラック制御装置７４を新設することができる。
【００６８】
なお、本実施形態では、列型噴射ポンプ７０を有する燃料噴射装置７１を用いた場合について説明したが、列型噴射ポンプ７０に限定されるものではなく、機械的に燃料の噴射量を調整可能なポンプであればよい。
【符号の説明】
【００６９】
１  エンジン
２  排気タービン
４  コンプレッサ
６  排気ターボ過給機
８  空気管
１０  空気冷却器
１２  吸気スロットルバルブ
１３  排ガス後処理制御部
１４  エンジン制御部
１５  制限部
１６  燃料噴射弁
１８  燃料ポンプ
２０  コモンレール
２２  排気通路
２４  ＥＧＲ管
２６  ＥＧＲクーラ
２８  ＥＧＲバルブ
３０  排ガス後処理装置
３２  ＤＰＦ
３４  ＳＣＲ触媒
３６、３８  排気通路
４０、４２  三方弁
４４  バイパス通路
５０  制御装置
６０  排ガスセンサ
７０  列型噴射ポンプ
７１  燃料噴射装置
７２  レバー
７３  ラック
７４  ラック制御装置
７６  ガバナ
７８  第１ソレノイド
７８ａ  プランジャ
７８ｂ  長孔
７８ｃ  ピン
８０  第２ソレノイド
８０ａ  プランジャ
８０ｂ  長孔
８０ｃ  ピン
８２  リンク部
８４  第１アーム
８６  第２アーム
８８  支持軸
９０  第３アーム
ＷＥ  エンジンの作動領域
ＷＧ  排ガス後処理装置の作動領域
ＵＷ  排ガス後処理装置の非作動領域
Ａ  排ガス後処理装置の作動が停止する旨の信号
【図１】
2013050083.tif 000003
【図２】
2013050083.tif 000004
【図３】
2013050083.tif 000005
【図４】
2013050083.tif 000006
【図５】
2013050083.tif 000007
【図６】
2013050083.tif 000008
【図７】
2013050083.tif 000009
【図８】
2013050083.tif 000010
【図９】
2013050083.tif 000011
【図１０】
2013050083.tif 000012